届高考优生专题突破14 物质结构与性质.docx

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届高考优生专题突破14物质结构与性质

2020届高考优生专题突破（十四）　物质结构与性质

（限时：

45分钟）

1．（2018·山西六校第四次名校联考）镍与ⅤA族元素形成的化合物是重要的半导体材料，应用最广泛的是砷化镓（GaAs），回答下列问题：

（1）基态Ga原子的核外电子排布式为____________________________，

基态As原子核外有________个未成对电子。

（2）镓失去电子的逐级电离能（单位：

kJ·mol－1）的数值依次为577、1984.5、2961.8、6192，由此可推知镓的主要化合价为________和＋3。

砷的电负性比镍________（填“大”或“小”）。

（3）比较下列镓的卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因：

____________________________________________________________

____________________________________________________________。

镓的卤化物

GaCl3

GaBr3

GaI3

熔点/℃

77.75

122.3

211.5

沸点/℃

201.2

279

346

GaF3的熔点超过1000℃，可能的原因是____________________________________________________________。

（4）二水合草酸镓的结构如图所示，其中镓原子的配位数为________，草酸根中碳原子的杂化方式为________。

（5）砷化镓熔点为1238℃，立方晶胞结构如图所示，晶胞参数为a＝565pm。

该晶体的类型为________，晶体的密度为________g·cm－3（设NA为阿伏加德罗常数的值，列出算式即可）。

【解析】　

（1）Ga位于第四周期ⅢA族，为31号元素，因此核外电子排布式为[Ar]3d104s24p1（或1s22s22p63s23p63d104s24p1）；As位于第ⅤA族，核外有3个未成对电子。

（2）电离能是气态原子失去电子所需要的能量，由镓的前四级电离能可知，其主要化合价为＋1和＋3；As为非金属，Ni为金属，因此砷的电负性比镍大。

（3）根据表格中的数据，GaCl3、GaBr3、GaI3的熔、沸点依次升高，它们均为分子晶体，结构相似，相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增强；GaF3熔点比其余三个高很多，说明GaF3属于离子晶体。

（4）根据结构图可知，Ga的配位数为4，C原子有3个σ键，无孤电子对，因此C的杂化类型为sp2。

（5）该晶体熔点高，属于原子晶体，Ga位于顶点和面心，个数为8×

＋6×

＝4，As位于晶胞内部，原子个数为4，化学式为GaAs，晶胞的质量为

g，晶胞的体积为（565×10－10）3cm3，则晶胞的密度为

g·cm－3。

【答案】　

（1）[Ar]3d104s24p1（或1s22s22p63s23p63d104s24p1）　3

（2）＋1　大　（3）GaCl3、GaBr3、GaI3的熔、沸点依次升高，它们均为分子晶体，结构相似。

相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增强　GaF3为离子晶体　（4）4　sp2　（5）原子晶体　

2．（2018·宝鸡模拟）向硫酸铜水溶液中逐滴加入氨水，先形成蓝色沉淀，继续滴加氨水，沉淀溶解，得到深蓝色的透明溶液，再向溶液中加入乙醇有深蓝色晶体（化学式为[Cu（NH3）4SO4·H2O]）析出。

（1）写出上述实验前两步反应的离子方程式_______________________、

____________________________________________________________。

（2）铜元素基态原子的电子排布式为_____________________________，

铜单质晶体中的原子堆积模型属于________（填堆积模型名称）堆积。

（3）在上述深蓝色晶体所含的非金属元素中，电负性最大的是________（填元素符号），第一电离能最大的是________（填元素符号）。

该晶体中的阴离子的立体构型是________，阴离子的中心原子的杂化方式为________。

（4）氨的沸点________（填“高于”或“低于”）膦（PH3），原因是____________________________________________________________。

（5）Cu的一种氯化物晶胞结构如图所示，该氯化物的化学式是________。

若该晶体的密度为ρg·cm－3，以NA表示阿伏加德罗常数，则该晶胞的边长为________nm。

【解析】　（3）该深蓝色晶体中的阴离子为SO

，S无孤电子对，立体构型为正四面体形，S的杂化类型为sp3。

（5）该晶胞中Cu位于顶点和面心，个数为8×

＋6×

＝4，Cl位于体内，个数为4，该氯化物的化学式为CuCl。

设该晶胞的边长为anm，则有

g＝ρg·cm－3×（a×10－4cm）3，解得a＝

。

【答案】　

（1）Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu（OH）2↓＋2NH

　Cu（OH）2＋4NH3===[Cu（NH3）4]2＋＋2OH－　

（2）1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1　面心立方最密　（3）O　N　正四面体　sp3　（4）高于　氨分子间存在氢键，膦分子间不存在氢键而只存在范德华力　

（5）CuCl　

3．（2018·江西名校联考）铁触媒是重要的催化剂，铁触媒在500℃左右时的活性最大，这也是合成氨反应一般选择在500℃左右进行的重要原因之一。

CO易与铁触媒作用导致其失去催化活性：

Fe＋5CO===Fe（CO）5；除去CO的化学方程式为[Cu（NH3）2]OOCCH3＋CO＋NH3===[Cu（NH3）3（CO）]OOCCH3。

请回答下列问题：

（1）基态Fe原子的核外电子排布式为[Ar]__________；C、N、O的电负性由大到小的顺序为________________________________________。

（2）Cu2＋在水中呈现蓝色是因为形成了水合铜离子，其化学式为________；配合物[Cu（NH3）2]OOCCH3中碳原子的杂化轨道类型是________，NH3价电子对互斥理论模型是________。

（3）用[Cu（NH3）2]OOCCH3除去CO的反应中，肯定有________（填字母）形成。

A．离子键　　　　　B．配位键

C．非极性键D．σ键

（4）Fe（CO）5又名羰基铁，常温下为黄色油状液体，则Fe（CO）5的晶体类型是________。

（5）单质铁的晶体在不同温度下有两种堆积方式，晶胞分别如图所示，面心立方晶胞和体心立方晶胞中实际含有的铁原子个数之比为________，面心立方堆积与体心立方堆积的两种铁晶体的密度之比为________________（写出已化简的比例式即可）。

【解析】　

（1）铁为26号元素，根据构造原理确定，基态Fe原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2。

同周期由左向右元素的电负性呈递增趋势，C、N、O的电负性由大到小的顺序为O＞N＞C。

（2）Cu2＋在水中呈现蓝色是因为形成了水合铜离子，其化学式为[Cu（H2O）4]2＋。

配合物[Cu（NH3）2]OOCCH3中，碳原子的杂化轨道类型为sp2、sp3杂化。

NH3的价电子对互斥理论模型是四面体形。

（3）用[Cu（NH3）2]OOCCH3除去CO的反应中，一定有配位键、σ键形成。

（4）Fe（CO）5常温下为黄色油状液体，熔点较低，则Fe（CO）5为分子晶体。

（5）根据晶胞结构可知，面心立方晶胞中含有的铁原子数为8×1/8＋6×1/2＝4，体心立方晶胞中含有的铁原子数为8×1/8＋1＝2，实际含有的铁原子个数之比为2∶1；设铁原子半径为r，面心立方堆积晶胞的棱长为a1，则a1＝

，ρ＝

，体心立方堆积晶胞的棱长为a2，则a2＝

，ρ＝

，两种铁晶体的密度之比为4

∶3

。

【答案】　

（1）3d64s2　O＞N＞C

（2）[Cu（H2O）4]2＋　sp2、sp3杂化　四面体形

（3）BD

（4）分子晶体

（5）2∶1　4

∶3

4．（2018·石家庄模拟）铜及其化合物在化工生产中有着广泛的应用。

回答下列问题：

（1）铜元素在元素周期表中的位置为______________________________，

基态Cu原子核外电子占据的原子轨道数为________。

（2）向硫酸铜溶液中加入乙二胺（H2N—CH2—CH2—NH2）溶液后，每个Cu2＋可与两个乙二胺分子形成四配位离子，导致溶液由蓝色变为紫色。

①乙二胺分子中C、N原子的杂化轨道类型分别为____、________。

②与硫酸根离子互为等电子体的分子为____________（任写一种）。

③四配位离子的结构为________，该离子中所有元素的电负性由大到小的顺序为________。

（3）硫化亚铜和氧化亚铜均为离子晶体，其中熔点较高的为________（填化学式），原因为________________________________________________

____________________________________________________________。

（4）铜与氧（O）、钇（Y）、钡（Ba）形成的一种超导体材料的长方体晶胞结构的晶胞参数如图（i）所示，该结构中有平面正方形（CuO4）和四方锥（CuO6）结构单元，如图（ii）所示。

①该超导体材料的化学式为________。

②已知该化合物的摩尔质量为Mg·mol－1，阿伏加德罗常数的值为NA，其密度为________g·cm－3（列出表达式即可）。

【解析】　

（1）基态Cu原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，其位于元素周期表中第四周期ⅠB族。

基态Cu原子核外电子占据的能级有1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s，s、p、d能级的轨道数分别为1、3、5，故其核外电子占据的轨道数为1＋1＋3＋1＋3＋5＋1＝15。

（2）①乙二胺分子中碳原子形成4个单键，无孤电子对，杂化轨道数为4，故杂化轨道类型为sp3。

氮原子形成3个单键，有一个孤电子对，杂化轨道数为4，故杂化轨道类型为sp3。

③乙二胺分子中的氮原子提供孤电子对，Cu2＋提供空轨道，形成配位键，该四配位离子的结构为

。

电负性：

N＞C＞H＞Cu。

（3）离子晶体的晶格能越大，熔点越高。

因为氧离子半径小于硫离子半径，所以氧化亚铜的晶格能大于硫化亚铜的晶格能，其熔点也高于硫化亚铜。

（4）①该晶胞中Y、Ba的个数分别为1、2，Cu的个数为8×

＋8×

＝3，结合该晶胞结构中有平面正方形和四方锥结构单元及题图（ii），可知O位于晶胞棱上和面上，个数为12×

＋8×

＝7，故该超导体材料的化学式为YBa2Cu3O7。

②该晶胞的质量为

g，体积为（a×10－10cm）2×b×10－10cm＝a2b×10－30cm3，其密度为

g÷（a2b×10－30）cm3＝

g·cm－3。

【答案】　

（1）第四周期ⅠB族　15　

（2）①sp3　sp3　

②CCl4、CBr4、SiCl4、SiF4等（任写一种）

③

　N＞C＞H＞Cu　

（3）Cu2O　氧离子半径小于硫离子半径，氧化亚铜的晶格能大于硫化亚铜的晶格能，熔点也高于硫化亚铜

（4）①YBa2Cu3O7　②

5．（2018·河南豫北、豫南第二次联考）硫和钙的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。

回答下列问题：

（1）钙元素的焰色反应呈砖红色，其中红色对应的辐射波长为________（填字母）nm。

A．435B．500　　C．580　　D．605　　E．700

（2）元素S和Ca中，第一电离能较大的是________（填元素符号），其基态原子核外电子排布式为____________________________________________。

（3）X射线衍射测定发现，石膏（CaSO4·2H2O）中存在SO

。

SO

的几何构型为________，中心原子的杂化形式为________。

（4）基态Ca原子中，核外电子占据最高能层的符号是________，占据该能层电子的电子云轮廓图形状为________。

钙元素和锰元素属于同一周期，且核外最外层电子构型相同，但金属钙的熔点、沸点等都比金属锰低，原因是_______________________________

____________________________________________________________。

（5）过氧化钙的晶胞结构如图所示，已知该晶胞的密度是ρg·cm－3，则晶胞结构中最近的两个Ca2＋间的距离为________nm（列算式即可，用NA表示阿伏加德罗常数的值），与Ca2＋紧邻的O

的个数为________。

【解析】　

（1）钙元素的焰色反应呈砖红色，其中红色对应的辐射波长为700nm。

（2）元素S和Ca中，第一电离能较大的是S，S原子的基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4。

（3）SO

中S原子价层电子对数为4＋

（6＋2－4×2）＝4，且不含孤电子对，采用sp3杂化，所以是正四面体形结构。

（4）基态Ca原子中，核外电子占据最高能层是第4层，能层符号是N，占据该能层的电子为4s电子，电子云轮廓图形状为球形。

钙元素和锰元素属于同一周期，且核外最外层电子构型相同，Ca原子半径较大且价电子数较少，金属键较弱，导致金属钙的熔点、沸点等都比金属锰低。

（5）根据过氧化钙晶体的晶胞结构，晶胞中含有Ca2＋的数目为8×

＋6×

＝4，含有O

的数目为12×

＋1＝4，设晶胞的边长为x，则晶胞的密度是ρg·cm－3＝

，解得x＝

cm＝

×107nm，因此晶胞结构中最近的两个Ca2＋间的距离为面对角线的一半＝

×

×107nm，与Ca2＋紧邻的O

的个数为6。

【答案】　

（1）E

（2）S　1s22s22p63s23p4（或[Ne]3s23p4）

（3）正四面体　sp3

（4）N　球形　Ca原子半径较大且价电子数较少，金属键较弱

（5）107×

×

　6

6．（2018·福建漳州第二次调研测试）硫、钴及其化合物用途非常广泛。

回答下列问题：

（1）基态Co原子价电子轨道排布式为_____________________________，

第四电离能I4（Co）＜I4（Fe），其原因是_____________________________

____________________________________________________________；

Co与Ca同周期且最外层电子数相同，单质钴的熔、沸点均比钙大，其原因是____________________________________________________________

____________________________________________________________。

（2）单质硫与熟石灰加热产物之一为CaS3，S

的几何形状是________，中心原子杂化方式是________，与其互为等电子体的分子是________（举1例）。

（3）K和Na位于同主族，K2S的熔点为840℃，Na2S的熔点为950℃，前者熔点较低的原因是__________________________________________。

（4）S与O、Se、Te位于同一主族，它们的氢化物的沸点如下图所示，沸点按图像所示变化的原因是______________________________________

____________________________________________________________。

（5）钴的一种化合物晶胞结构如下图所示。

①已知A点的原子坐标参数为（0,0,0），B点为（______，

，0），则C点的原子坐标参数为________。

②已知晶胞参数a＝0.5485nm，则该晶体的密度为________g·cm－3（列出计算表达式即可）。

【解析】　

（1）基态Co原子价电子排布式为3d74s2，电子排布图为

。

（2）单质硫与熟石灰加热产物之一为CaS3，S

的形成孤电子对数目为

＝2，形成σ键的数目是2，为sp3杂化，几何形状是V形；与其互为等电子体的分子是OF2或Cl2O。

（5）①已知A点的原子坐标参数为（0,0,0），B是面心，B点为（

，

，0），C是体心，则C点的原子坐标参数为（

，

，

）。

②立方晶胞顶点粒子占

，面上粒子占

，晶胞内部粒子为整个晶胞所有，因此一个晶胞中含有Ti4＋的个数为8×

＝1，O2－的个数为6×

＝3，Co2＋的个数为1，取1mol晶胞，则1mol晶胞的质量为155g，1mol晶胞含有NA个晶胞，晶胞参数a＝0.5485nm＝0.5485×10－7cm，则一个晶胞的体积V＝（0.5485×10－7）3cm3，因此晶胞的密度ρ＝

＝

g·cm－3。

【答案】　

（1）

　铁失去的是较稳定的3d5上的一个电子，钴失去的是3d6上的一个电子　钴的原子半径比钙小，价电子数比钙多，钴中金属键比钙中强

（2）V形　sp3　OF2（或Cl2O）　（3）K＋的半径比Na＋大，K2S的晶格能比Na2S小

（4）H2O分子间存在较强的氢键，其他三种分子间不含氢键，所以H2O沸点最高；H2S、H2Se及H2Te的结构相似，随着相对分子质量的增大，范德华力增强，所以沸点逐渐升高。

（5）

　（

，

，

）